CN112757869A - 一种热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热管理系统，涉及电动车技术领域。该热管理系统包括第一换热回路、第二换热回路及回路切换组件。所述第一换热回路包括第一管道及被所述第一管道串联设置的第一水泵、第一加热器、冷却组件及动力电池；所述第二换热回路包括第二管道及被所述第二管道串联设置的第二水泵、第二加热器及暖风芯体；所述回路切换组件能够在所述第一换热回路和所述第二换热回路分别独立运行的独立模式与所述第一换热回路和所述第二换热回路串联运行串联模式两种状态之间切换。该热管理系统能够通过切换两个换热回路的独立与串联模式，降低加热器功率，从而降低成本及重量。

Description

一种热管理系统
技术领域
本发明涉及电动车技术领域，尤其涉及一种热管理系统。
背景技术
为了加速世界向可持续能源转变，降低对化石燃料的依赖，新能源汽车尤其是纯电动汽车近年来高速发展，各大传统车企及新型汽车企业纷纷加入竞争行列。但对于纯电动车型的热管理系统的开发，大多数车型仅是从满足需求出发，而对于整车的余热利用和能量管理都做的不够好，没有根据整车发热部件的不同需求设计热管理系统，不能最大限度的对系统余热进行利用。而受限于目前动力电池的能量密度较低，系统余热的浪费导致汽车需要利用动力电池的电能提供热量供给，严重影响纯电动汽车的续航里程。
现有的纯电动汽车，动力电池在低温充电时，需要先用加热器加热动力电池，保证动力电池在适宜的温度下充电，才能保证动力电池寿命及充电速度。而纯电动汽车暖风系统也需要加热器提供热量，然后才能吹出暖风实现采暖目的。为了能够为暖风系统提供足够的热量，暖风系统的加热器需要很高的功率，导致成本升高，且高功率的加热器也会增加重量，进一步降低纯电动汽车的续航里程。
针对上述问题，需要开发一种热管理系统，以解决单独为暖风系统配置高功率加热器导致的成本上升及重量增加的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种热管理系统，能够通过切换两个换热回路的独立与串联模式，降低加热器功率，从而降低成本及重量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种热管理系统，包括：
第一换热回路，包括第一管道及被所述第一管道串联设置的第一水泵、第一加热器、冷却组件及动力电池，所述第一管道内流动设置有换热介质；
第二换热回路，包括第二管道及被所述第二管道串联设置的第二水泵、第二加热器及暖风芯体，所述第二管道内流动设置有所述换热介质；
回路切换组件，所述回路切换组件能够在所述第一换热回路和所述第二换热回路分别独立运行的独立模式与所述第一换热回路和所述第二换热回路串联运行串联模式两种状态之间切换。
优选地，所述第一换热回路还包括第三管道，所述第三管道与所述冷却组件及所述动力电池并联。
优选地，所述回路切换组件包括一个五通阀，所述五通阀包括：
壳体，所述壳体连接所述第一管道的两端、所述第二管道的两端及所述第三管道的一端；
转动件，转动设置于所述壳体内，所述转动件设置有两个管路，所述第一换热回路和所述第二换热回路处于独立模式时，两个所述管路分别连通所述第一管道的两端及所述第二管道的两端；所述第一换热回路和所述第二换热回路处于串联模式时，一个所述管路连通所述第一管道的一端和所述第二管道的一端，另一个所述管路连通所述第二管道的另一端和所述第三管道的一端。
优选地，所述暖风芯体上间隔设置有多个散热翅片。
优选地，所述第一加热器和所述第二加热器为PTC(Positive TemperatureCoefficient)加热器。
优选地，所述第一加热器和所述第二加热器中的一个为热泵机构。
优选地，所述热泵机构包括压缩机、蒸发器、节流阀和冷凝器，所述压缩机、所述蒸发器、所述节流阀和所述冷凝器依次连接形成循环换热回路，所述循环换热回路中流动设置有循环工质：
所述冷凝器与所述第一管道换热连接；
所述压缩机用于压缩所述循环换热回路中的所述循环工质。
优选地，所述冷却组件包括：
取热端，所述取热端与所述第一管道换热连接；
冷却液，所述冷却液流经所述取热端并将所述取热端的热量吸收。
优选地，还包括温度传感器，所述温度传感器能够感应所述暖风芯体及所述动力电池的温度。
优选地，还包括控制组件，所述控制组件与所述温度传感器电连接，能够根据所述温度传感器感应到的温度控制所述第一加热器及所述第二加热器的开闭，还能够控制所述回路切换组件切换所述第一换热回路和所述第二换热回路的独立模式及串联模式。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种热管理系统。该热管理系统中，第一换热回路为动力电池加热系统，第二换热回路是热风空调系统。由于动力电池加热通常是停车充电时开始工作，利用第一加热器为动力电池提供一个合适的充电温度，故在行驶过程中第一加热器可以不工作。行驶过程中通过第二换热回路的第二加热器为暖风芯体提供热量，而后将热风吹入乘员舱。由于该热管理系统设置有回路切换组件，能够将两个换热回路在独立模式与串联模式两种状态之间切换，故第二加热器可以选择较小功率的。当第二加热器的功率无法满足空调的制热需求时，可以切换成串联模式，同时启动第一加热器同时为空调提供热量。该热管理系统的第二加热器的功率与传统制热空调的加热器相比大大降低，也就降低了成本，同时小功率的第二加热器由于体积小，也实现了纯电动汽车的减重。
附图说明
图1是本发明提供的热管理系统在独立模式下工作的结构示意图；
图2是本发明提供的热管理系统在串联模式下工作的结构示意图。
图中：
1、第一换热回路；2、第二换热回路；3、五通阀；
11、第一管道；12、第一水泵；13、第一加热器；14、冷却组件；15、动力电池；21、第二管道；22、第二水泵；23、第二加热器；24、暖风芯体；31、壳体；32、转动件；
321、管路。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例提供了一种热管理系统。如图1和图2所示，该热管理系统包括第一换热回路1、第二换热回路2及回路切换组件。第一换热回路1包括第一管道11及被第一管道11串联设置的第一水泵12、第一加热器13、冷却组件14及动力电池15，第一管道11内流动设置有换热介质。第二换热回路2包括第二管道21及被第二管道21串联设置的第二水泵22、第二加热器23及暖风芯体24，第二管道21内流动设置有换热介质。回路切换组件能够在第一换热回路1和第二换热回路2分别独立运行的独立模式与第一换热回路1和第二换热回路2串联运行串联模式两种状态之间切换。
第一换热回路1能够为动力电池15加热，使动力电池15在充电时保持一个合适的充电温度。第二换热回路2能够对暖风芯体24加热，为乘员舱提供热风。而回路切换组件能够使第一换热回路1和第二换热回路2在独立模式与串联模式两种状态切换，当切换为独立模式时，第二加热器23单独为暖风芯体24加热，而切换为串联模式时，第一加热器13和第二加热器23能够共同为暖风芯体24加热。这就使得当乘员舱的热量需求不大时，可以使用独立模式节省能量，当乘员舱需要较多热量时，可以使用串联模式为乘员舱提供更多热量。回路切换组件的存在使得第二加热器23可以选择功率较小的加热器，大大降低了物料成本，同时小功率加热器的重量小，能够为纯电动汽车减重，进一步降低能耗。
优选地，第一换热回路1还包括第三管道，第三管道与冷却组件14及动力电池15并联。
动力电池15的最佳工作温度范围为25℃～45℃，而空调的暖风系统需要将水加热到90℃以上才能够提供足够的热量，若直接将第一换热回路1和第二换热回路2串联，会导致动力电池15过热，故设置第三管道来切断经过动力电池15的水流量。由于汽车在行驶过程中不需要为动力电池15供热，为了使热水不会经过动力电池15，动力电池15及冷却组件14的一端设置有开关阀，当回路切换组件控制第一换热回路1和第二换热回路2处于串联模式时，开关阀能够关闭动力电池15及冷却组件14这一条支路。
优选地，回路切换组件包括一个五通阀3，五通阀3包括壳体31及转动件32，壳体31连接第一管道11的两端、第二管道21的两端及第三管道的一端。转动件32，转动设置于壳体31内，转动件32设置有两个管路321，第一换热回路1和第二换热回路2处于独立模式时，两个管路321分别连通第一管道11的两端及第二管道21的两端；第一换热回路1和第二换热回路2处于串联模式时，一个管路321连通第一管道11的一端和第二管道21的一端，另一个管路321连通第二管道21的另一端和第三管道的一端。
壳体31上设置有五个开口，分别为A、B、C、D及E，其中A和B与第一管道11的两端连通，C和D与第二管道21的两端连通，E与第三管道的一端连通。如图1所示，转动件32的一个管路321连通A和B，另一个管路321连通C和D，此时第一换热回路1和第二换热回路2处于独立模式。当需要提高暖风的热量时，可以转动转动件32，如图2所示，使一个管路321连通B和C，另一个管路321连通D和E，第一换热回路1和第二换热回路2即切换为串联模式，利用第一加热器13和第二加热器23共同为暖风芯体24提供热量。
优选地，暖风芯体24上间隔设置有多个散热翅片。利用多个散热翅片加大换热面积，使吹过暖风芯体24上的气体迅速升温，提高效率。
优选地，第一加热器13和第二加热器23为PTC加热器。由于纯电动汽车的动力来源为动力电池15，为了简化设计结构，PTC加热器能够直接将电能转化为热能为动力电池15和暖风芯体24供热，不需要额外设计能量来源。
受限于纯电动汽车的重量要求及尺寸，动力电池15的能量很宝贵，直接利用PTC加热器进行加热，会消耗很多动力电池15的电能，导致纯电动汽车的续航里程严重缩水，降低用户体验。为解决这个问题，第一加热器13和第二加热器23中的一个为热泵机构。
热泵机构包括压缩机、蒸发器、节流阀和冷凝器，压缩机、蒸发器、节流阀和冷凝器依次连接形成循环换热回路，循环换热回路中流动设置有循环工质。冷凝器与第一管道11换热连接。压缩机用于压缩循环换热回路中的循环工质。
循环工质在蒸发器中吸收热量蒸发，流经压缩机时被压缩成高温气体并流向冷凝器，并在冷凝器放热对暖风芯体24或动力电池15进行加热，过程中高温气体液化并降温放出大量的热量，保证暖风芯体24或动力电池15的升温。液化的循环工质流过节流阀时，压强降低导致循环工质更容易气化，为循环工质流到蒸发器中吸热做准备。
优选地，冷却组件14包括取热端及冷却液。取热端与第一管道11换热连接，冷却液流经取热端并将取热端的热量吸收。冷却组件14通过冷却液对第一管道11降温，之后冷却液流到散热组件处将热量排出，保证了动力电池15温度不会过高，使动力电池15处于合适的温度范围。
其中，冷却液也可以配合压缩机使用，相当于热泵机构反向安装，取热端为蒸发器，散热组件为冷凝器，冷却液为循环工质，使得第一管道11中的热量通过蒸发器传递给循环工质，并从冷凝器传递到外部。
为了对第一加热器13及第二加热器23的加热功率进行调节，该热管理系统还包括温度传感器，能够感应暖风芯体24及动力电池15的温度。
优选地，该热管理系统还包括控制组件，控制组件与温度传感器电连接，能够根据温度传感器感应到的温度控制第一加热器13及第二加热器23的开闭，还能够控制回路切换组件切换第一换热回路1和第二换热回路2的独立模式及串联模式。
当温度传感器感应到动力电池15温度已经达到合适的温度范围内时，控制组件即可控制第一加热器13关闭节约能源。当乘员舱内的温度达到了暖风空调的预设温度时，控制组件可控制第二加热器23关闭以节约能源，保证纯电动汽车的续航。而如果乘员舱的预设温度较高，仅依靠第二加热器23对暖风芯体24加热，温度上升较慢，此时控制组件可控制回路切换组件将第一换热回路1和第二换热回路2切换成串联模式，并同时打开第一加热器13和第二加热器23，共同为暖风芯体24加热，提高加热效率。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种热管理系统，其特征在于，包括：
第一换热回路(1)，包括第一管道(11)及被所述第一管道(11)串联设置的第一水泵(12)、第一加热器(13)、冷却组件(14)及动力电池(15)，所述第一管道(11)内流动设置有换热介质；
第二换热回路(2)，包括第二管道(21)及被所述第二管道(21)串联设置的第二水泵(22)、第二加热器(23)及暖风芯体(24)，所述第二管道(21)内流动设置有所述换热介质；
回路切换组件，所述回路切换组件能够在所述第一换热回路(1)和所述第二换热回路(2)分别独立运行的独立模式与所述第一换热回路(1)和所述第二换热回路(2)串联运行串联模式两种状态之间切换。
2.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第一换热回路(1)还包括第三管道，所述第三管道与所述冷却组件(14)及所述动力电池(15)并联。
3.根据权利要求2所述的热管理系统，其特征在于，所述回路切换组件包括一个五通阀(3)，所述五通阀(3)包括：
壳体(31)，所述壳体(31)连接所述第一管道(11)的两端、所述第二管道(21)的两端及所述第三管道的一端；
转动件(32)，转动设置于所述壳体(31)内，所述转动件(32)设置有两个管路(321)，所述第一换热回路(1)和所述第二换热回路(2)处于独立模式时，两个所述管路(321)分别连通所述第一管道(11)的两端及所述第二管道(21)的两端；所述第一换热回路(1)和所述第二换热回路(2)处于串联模式时，一个所述管路(321)连通所述第一管道(11)的一端和所述第二管道(21)的一端，另一个所述管路(321)连通所述第二管道(21)的另一端和所述第三管道的一端。
4.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述暖风芯体(24)上间隔设置有多个散热翅片。
5.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第一加热器(13)和所述第二加热器(23)为PTC(Positive Temperature Coefficient)加热器。
6.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第一加热器(13)和所述第二加热器(23)中的一个为热泵机构。
7.根据权利要求6所述的热管理系统，其特征在于，所述热泵机构包括压缩机、蒸发器、节流阀和冷凝器，所述压缩机、所述蒸发器、所述节流阀和所述冷凝器依次连接形成循环换热回路，所述循环换热回路中流动设置有循环工质：
所述冷凝器与所述第一管道(11)换热连接；
所述压缩机用于压缩所述循环换热回路中的所述循环工质。
8.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述冷却组件(14)包括：
取热端，所述取热端与所述第一管道(11)换热连接；
冷却液，所述冷却液流经所述取热端并将所述取热端的热量吸收。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的热管理系统，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器能够感应所述暖风芯体(24)及所述动力电池(15)的温度。
10.根据权利要求9所述的热管理系统，其特征在于，还包括控制组件，所述控制组件与所述温度传感器电连接，能够根据所述温度传感器感应到的温度控制所述第一加热器(13)及所述第二加热器(23)的开闭，还能够控制所述回路切换组件切换所述第一换热回路(1)和所述第二换热回路(2)的独立模式及串联模式。
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